JP2007182302A - マグネット仕様機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットの吸引能力の低下を防止できるマグネット仕様機の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】エンジン６により駆動する油圧ポンプ12から供給する作動油により油圧モータ13を作動する。この油圧モータ13により発電機14の回転子14aを回転させる。発電機14は、この回転子14aの回転時に界磁コイル14bに界磁電流を供給することで発電をし、マグネット５に電力を供給する。マグネット５への給電を制御するマグネット制御器19は、一定の条件下ではマグネット５への給電停止時に、発電機14の界磁コイル14bへの界磁電流の供給を停止するとともに、油圧ポンプ12から油圧モータ13への作動油の供給は継続させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクラップなどを吊上げる電磁石を装着したマグネット仕様機の制御装置に関するものである。

マグネット仕様機の省エネ運転制御に関する従来技術として、電磁石の非励磁において、発電機を駆動する油圧モータへの流量供給を遮断し、また、発電機を駆動する油圧モータへ圧油を供給する油圧ポンプとエンジンの間にクラッチを設け、電磁石の非励磁において、クラッチを切って回転を停止し、また、マグネット発電機を駆動する油圧モータへ圧油を供給する油圧ポンプを可変容量型とし、電磁石の非励磁において油圧ポンプを最少容量にするものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３４８０８７号公報（第３−４頁、図１−３）

従来の技術の省エネ運転は、電磁石の非励磁において発電機を駆動する油圧モータを停止または最少回転としているが、油圧モータが停止状態から吸引操作をして発電を再開した場合に、以下の問題が生じる。

油圧モータの回転の立上りが遅いため、吸引開始時に十分な発電電力が得られないことから、吸引開始時の電磁石の吸引能力が低下する。

発電機の回転数が低い状態で十分な電力を得ようとすると、発電機の界磁コイルに過大な界磁電流を流す必要があり、発電機のコイル発熱量が大きくなって発電機が早期に劣化し、電磁石の吸引能力が低下する。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、電磁石の吸引能力の低下を防止できるマグネット仕様機の制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、先端に電磁石を有する腕状の作業機を機体に装着したマグネット仕様機であって、機体に搭載されたエンジンと、このエンジンにより駆動される流体圧ポンプと、この流体圧ポンプから供給される作動流体により作動される流体圧モータと、この流体圧モータにより回転される回転子およびこの回転子の回転時に界磁電流を供給することで発電をする界磁コイルを有し電磁石に電力を供給する発電機と、電磁石への給電停止時に一定の条件下では発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止するとともに流体圧ポンプから流体圧モータへの作動流体の供給は継続させるマグネット制御器とを具備したマグネット仕様機の制御装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のマグネット仕様機の制御装置において、電磁石および作業機の両方が非操作状態で一定時間継続するとエンジン回転数を低下させるエンジン制御器を備え、マグネット制御器は、電磁石および作業機の両方が非操作状態でエンジン回転数が規定回転数以下に下がったときに発電機の界磁コイルへの界磁電流を停止して発電を停止するものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のマグネット仕様機の制御装置において、流体圧ポンプから流体圧モータへの作動流体の供給を停止するバイパス弁を具備したものである。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のマグネット仕様機の制御装置におけるマグネット制御器が、界磁電流の停止により発電を停止させた状態が一定時間継続すると発電機の回転子を停止させるものである。

請求項１記載の発明によれば、発電機の界磁コイルへの給電停止により発電を停止した待機状態でも、一定の条件下では流体圧モータの回転すなわち発電機の回転子の回転は停止していないので、発電機の回転子の回転の立上り遅れが小さく、吸引開始時に十分な発電電力が得られることから、吸引開始時の電磁石の吸引能力を高めることができる。

請求項２記載の発明によれば、エンジン回転数が規定回転数を超えないと発電機の界磁コイルに界磁電流を流して発電をしないので、電磁石の吸引能力の低下を防止でき、かつ発電機の界磁コイルに過大な界磁電流を流すことがなくなるので、界磁コイルの発熱による発電機の早期劣化を防止できるとともに、発熱防止により電磁石の所定の吸着力を確保できる。

請求項３記載の発明によれば、バイパス弁を開くことで、エンジンおよび流体圧ポンプを停止させることなく発電機を停止させることができ、バイパス弁を閉じることで発電機を迅速に再始動できる。

請求項４記載の発明によれば、電磁石および作業機が非操作の状態で一定時間経過後にエンジン回転数を下げ、エンジン回転数が規定回転数以下に下がると発電を停止し、この発電停止状態が一定時間継続すると、発電機の回転子を停止させるので、発電機の再始動の準備をしつつエンジン負荷を効率よく低下させることができ、燃費を向上できる。

以下、本発明を図１乃至図７に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図２に示されるように、マグネット仕様機は、機体Ｂに腕状の作業機Ｍを装着したもので、機体Ｂは、下部走行体１に対して上部旋回体２が旋回可能に設けられている。

作業機Ｍは、上部旋回体２にはブーム３の基端が上下方向回動自在に軸支され、このブーム３の先端にアーム４が回動自在に軸支され、このアーム４の先端にバケットに替えた電磁石としてのマグネット５が回動自在に軸支されている。ブーム３はブームシリンダ3aにより回動され、アーム４はアームシリンダ4aにより回動され、マグネット５はバケットシリンダ5aにより回動される。

図１に示されるように、機体Ｂに搭載されたエンジン６に、このエンジン６により駆動されるメインポンプ７，８が連結され、これらのメインポンプ７，８の吐出口はコントロールバルブ９に接続され、このコントロールバルブ９の出力ポートは、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ10、下部走行体１に設けられた履帯を駆動する走行モータ11a，11b、ブームシリンダ3a、アームシリンダ4a、バケットシリンダ5aにそれぞれ接続されている。

エンジン６には、メインポンプ７，８とともに駆動される発電機作動用の流体圧ポンプとしての油圧ポンプ12が連結され、この油圧ポンプ12の吐出口には、この油圧ポンプ12から供給される作動流体としての作動油により作動される流体圧モータとしての油圧モータ13が、管路により接続され、この油圧モータ13の駆動軸には、マグネット５に電力を供給する発電機14が接続されている。

油圧モータ13には複数のバイパス回路が設けられ、これらのバイパス回路には、油圧ポンプ12から油圧モータ13への作動油の供給を停止することが可能なバイパス弁15と、回路圧力設定用のリリーフ弁16と、バキューム防止のためのチェック弁17とが設けられ、油圧モータ13からタンクへの戻り通路には、背圧を確保するためのチェック弁18が設けられている。

発電機14は、油圧モータ13により回転される回転子14aと、この回転子14aの回転時に界磁電流を供給することで発電をする界磁コイル14bとを備えている。

マグネット５への給電を制御するマグネット制御器19には、マグネット作業時にオンにするモードスイッチ20と、マグネット５の励磁/非励磁を切り替えるマグネット操作スイッチ21と、後述する休止状態を解除するリセットスイッチ22と、マグネット制御器19の制御状態を表示するモニタ23とが、それぞれ接続されている。

エンジン回転数を制御するエンジン制御器24には、エンジン回転数を設定するアクセル操作器としてのアクセルダイヤル25と、作業機Ｍを操作したことを操作レバーの動きまたはパイロット操作圧の発生などにより検出する作業機操作検出器26とが接続されている。また、マグネット制御器19からエンジン制御器24にモードスイッチ信号とマグネット運転信号が出力され、一方、エンジン制御器24からマグネット制御器19に発電制御信号が出力される。

マグネット制御器19は、マグネット５への給電停止時に、一定の条件下では発電機14の界磁コイル14bへの界磁電流の供給を停止するとともに、油圧ポンプ12から油圧モータ13への作動油の供給は継続させる機能を有する。

エンジン制御器24は、マグネット５および作業機Ｍの両方が非操作状態で一定時間継続するとエンジン回転数を低下させる機能を有する。マグネット制御器19は、同様にマグネット５および作業機Ｍの両方が非操作状態でエンジン回転数が規定回転数以下に下がったときに、発電機14の界磁コイル14bへの界磁電流を停止して発電を停止する機能を有する。

マグネット制御器19は、界磁電流の停止により発電を停止させた発電停止状態が一定時間継続すると、バイパス弁15により発電機14の回転子14aを停止させる機能を有する。

次に、図３乃至図７を参照しながら、この実施の形態の作用を説明する。

図３において、入力処理器S1でモードスイッチ20、マグネット操作スイッチ21、エンジン制御器24から送られる発電制御信号を読込む。

(1) マグネット作業モードでない場合
判定器S2でモードスイッチ信号を判定し、モードスイッチ20がオフの場合はマグネット作業モードでないので処理器S11に移り、バイパス弁15をオフにして、油圧モータ13への圧油供給を停止することで、発電機14を駆動する油圧モータ13を停止する。

(2) マグネット作業モードでマグネット作業中の場合
判定器S2でモードスイッチ20がオンの場合は判定器S3に移り、休止フラグの状態を判定する。休止フラグは、後述する休止モードであるかを判定するためのフラグである。休止フラグがオフの場合は、処理器S4でバイパス弁15をオンにして油圧モータ13に圧油を供給して発電機14を駆動する。また、処理器S5で休止モードに入るための休止タイマをリセットする。次に処理器S6で発電機14の界磁コイル14bに界磁電流を供給し発電をする。

判定器S7でマグネット操作スイッチ21のマグネット操作信号を判定し、オンであれば処理器S8でマグネット５に電流を流し励磁する。次に、処理器S9で釈放時の逆励磁を制御する逆励磁フラグをオンにし、かつ逆励磁タイマをリセットする。その後、処理器S10でエンジン制御器24に出力するマグネット運転信号をオンにして出力する。

マグネット５を吸引作動した後、マグネット操作スイッチ21をオフにすると判定器S7から判定器S12に移り、逆励磁フラグを確認する。逆励磁フラグがオンである場合は、下記の処理にて一定時間マグネット５に逆電流を流し強制的に釈放する。

判定器S13で励磁タイマが規定値になったかを判定し、規定値に達していない場合は処理器S14で励磁タイマをカウントアップし、処理器S15でマグネット５に逆電流を流し強制的に釈放する。その後、処理器S10でエンジン制御器24に出力するマグネット運転信号をオンにして出力する。このマグネット運転信号がオンの間は、マグネット５の励磁または逆励磁が可能である。

判定器S13で励磁タイマが規定値に達した場合は、処理器S16で逆励磁フラグをオフにし、処理器S17でマグネット５に流していた逆電流をオフにする。その後、処理器S18でエンジン制御器24に出力するマグネット運転信号をオフにして出力する。

(3) マグネット作業モードで作業していない場合（図４）
判定器S12で逆励磁フラグがオフの場合は、マグネット５を使用していない状態である。その場合は、発電機14が発電していないことを確認し、その状態が休止タイマにより一定時間継続すると休止モードに入る。

判定器S12で逆励磁フラグがオフの場合は、判定器S24に移り、エンジン制御器24から送られる発電制御信号を確認し、同信号がオフの場合は処理器S25で発電機14の界磁電流をオフにし、処理器S26で休止タイマをカウントアップする。次に処理器S27で休止タイマが規定値に達したかを判定し、規定値に達した場合は処理器S28で休止フラグをオンにする。

(4) 休止モードを解除する場合（図５）
判定器S3で休止モードであると、処理器S29でリセットスイッチ22の信号を読込む。判定器S30でリセットスイッチがオンであると処理器S31で休止フラグをオフにして休止モードを解除する。

次に、図６に基づいてエンジン制御器24の制御を説明する。

図６の入力処理器E1でモードスイッチ20から送られてくるモードスイッチ信号、マグネット制御器19から送られてくるマグネット運転信号、作業機操作検出器26の信号およびアクセルダイヤル25のアクセルダイヤル信号を読込む。

(1) マグネット作業モードでない場合
判定器E2でモードスイッチ20がオフの場合は、処理器E9で通常作業のアクセル制御を行なう。

(2) マグネット作業モードでマグネット作業中の場合
判定器E2でモードスイッチ20がオンの場合は、判定器E3でマグネット運転信号および作業機操作検出器26の信号を確認してどちらかの信号がオンであれば、判定器E4でエンジン回転数を設定するアクセルダイヤル設定値を判定する。アクセルダイヤル25が作業下限アクセル値以下であれば、処理器E5でアクセルダイヤル設定値を作業下限アクセル値に設定する。次に処理器E6で待機タイマをリセットし、判定器E7でエンジン回転数を確認してエンジン回転数が作業下限回転数以上に達した場合は、処理器E8で発電制御信号をオンにしてマグネット制御器19に出力する。

(3) マグネット作業モードでマグネット作業をしていない場合
判定器E3でマグネット運転信号と作業機操作検出器26の信号がともにオフである場合は、下記の処理に一定時間経過すると自動的にエンジン回転数を待機回転数に下げる。

判定器E10で待機タイマが規定値に達したかを判定し、達していない場合は処理器E11で待機タイマをカウントアップする。待機タイマが規定値に達した場合は、判定器E12でアクセルダイヤル設定値が待機アクセル値より大きいかを判定し、大きい場合は処理器E13でアクセルダイヤル設定値を待機アクセル値にする。次に、判定器E14でアクセルダイヤル設定値と発電下限アクセル値を比較し、アクセルダイヤル設定値が発電下限アクセル値より低い場合は、処理器E15で発電制御信号をオフにしてマグネット制御器19に出力する。

次に、この実施の形態の効果を説明する。

従来技術の省エネ運転は、マグネット非励磁において発電機を駆動する油圧モータを停止または最少回転しているが、本実施形態は、発電機14の界磁コイル14bへの給電停止により発電を停止した待機状態でも、油圧モータ13の回転すなわち発電機14の回転子14aの回転は停止していないので、発電機14の回転子14aの回転の立上り遅れが小さく、吸引開始時に十分な発電電力が得られることから、吸引開始時のマグネット５の吸引能力を高めることができる。

エンジン回転数が規定回転数を超えないと発電機14の界磁コイル14bに界磁電流を流して発電をしないので、マグネット５の吸引能力の低下を防止でき、かつ発電機14の界磁コイル14bに過大な界磁電流を流すことがなくなるので、界磁コイル14bの発熱による発電機14の早期劣化を防止できるとともに、発熱防止によりマグネット５の所定の吸着力を確保できる。

バイパス弁15を図１に示されるように開くことで、油圧ポンプ12から油圧モータ13への作動油の供給を停止することにより、エンジン６および油圧ポンプ12を停止させることなく発電機14の回転子14aを停止させることができ、このバイパス弁15を閉じることにより発電機14を迅速に再始動できる。

マグネット５および作業機Ｍが非操作の状態で一定時間経過するとエンジン回転数を下げ、かつエンジン回転数が規定回転数以下に下がると、界磁電流の停止により発電を停止し、さらにこの発電停止状態が、休止タイマでカウントされた一定時間継続すると、発電機14の回転子14aを停止させるので、発電機14の再始動の準備をしつつエンジン負荷を効率よく低下させることができ、燃費を向上できる。

本発明は、油圧ショベル型のマグネット仕様機だけでなく、クレーン型のマグネット仕様機にも利用可能である。

本発明に係るマグネット仕様機の制御装置の一実施の形態を示すシステム構成図である。 同上マグネット仕様機の側面図である。 同上制御装置におけるマグネット制御器の制御手順を示すフローチャートである。 同上マグネット制御器の休止モード手順を示すフローチャートである。 同上マグネット制御器の休止モード解除手順を示すフローチャートである。 同上制御装置におけるエンジン制御器の制御手順を示すフローチャートである。 同上制御装置における各部の制御状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

Ｂ 機体
Ｍ 作業機
５ 電磁石としてのマグネット
６ エンジン
12 流体圧ポンプとしての油圧ポンプ
13 流体圧モータとしての油圧モータ
14 発電機
14a 回転子
14b 界磁コイル
15 バイパス弁
19 マグネット制御器
24 エンジン制御器

Claims (4)

1. 先端に電磁石を有する腕状の作業機を機体に装着したマグネット仕様機であって、
   機体に搭載されたエンジンと、
   このエンジンにより駆動される流体圧ポンプと、
   この流体圧ポンプから供給される作動流体により作動される流体圧モータと、
   この流体圧モータにより回転される回転子およびこの回転子の回転時に界磁電流を供給することで発電をする界磁コイルを有し電磁石に電力を供給する発電機と、
   電磁石への給電停止時に一定の条件下では発電機の界磁コイルへの界磁電流の供給を停止するとともに流体圧ポンプから流体圧モータへの作動流体の供給は継続させるマグネット制御器と
   を具備したことを特徴とするマグネット仕様機の制御装置。
2. 電磁石および作業機の両方が非操作状態で一定時間継続するとエンジン回転数を低下させるエンジン制御器を備え、
   マグネット制御器は、
   電磁石および作業機の両方が非操作状態でエンジン回転数が規定回転数以下に下がったときに発電機の界磁コイルへの界磁電流を停止して発電を停止する
   ことを特徴とする請求項１記載のマグネット仕様機の制御装置。
3. 流体圧ポンプから流体圧モータへの作動流体の供給を停止するバイパス弁
   を具備したことを特徴とする請求項１または２記載のマグネット仕様機の制御装置。
4. マグネット制御器は、界磁電流の停止により発電を停止させた状態が一定時間継続すると発電機の回転子を停止させる
   ことを特徴とする請求項２または３記載のマグネット仕様機の制御装置。

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